《光电仪器原理与设计》郝群（电子课件）第5章 光学元件.pptVIP

* 几何光学元件——棱镜 基本参数及选择 通光口径，折射率 棱镜展开：将棱镜等效为一平行玻璃板。应用于共轴系统时，除要求棱镜展开后的两个表面平行外，对于应用于会聚光路的棱镜还要求入射和出射光轴必须和棱镜的入射、出射表面相垂直。 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * * 几何光学元件——棱镜 角锥棱镜 功能：光束沿原方向返回，棱镜的位置变化不影响返回光束的方向 应用：干涉仪、远距离测距、激光跟踪靶镜 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第二节　物理光学元件 光栅 功能和选择 偏振器与波片 功能和选择 偏振光的变换，偏振分光棱镜+1/4波片，半波片 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 物理光学元件——光栅 衍射光栅 是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件 它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 物理光学元件——光栅 衍射光栅 * 横截面：扫描电镜放大43200倍 0.6 mm 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 物理光学元件——光栅 光栅的分类 按材料 金属光栅 / 介质光栅 按基底面形 平面光栅 / 凹面光栅：兼具色散和成像作用 按折射率调制方式 浮雕光栅 / 体光栅 按周期维数 一维光栅 / 二维光栅 按栅线相对关系和载体形状 长光栅 / 圆光栅 …… 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 物理光学元件——光栅 全息光栅的制作 基板准备 涂光刻胶 全息曝光 显影 离子束刻蚀 清洁处理 每毫米4000线 条纹周期 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 物理光学元件——光栅 光栅的功能 色散：取代棱镜成为光谱仪核心元件 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 物理光学元件——光栅 光栅的功能 分光：单色光入射衍射分光为不同衍射级次 测长：光栅尺（标准器） 参数与选择 光栅常数（光栅周期）d： 闪耀波长：闪耀光栅衍射效率最大波长 光栅刻线数：刻线数越大，光栅的光谱分辨率越高 衍射效率 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 物理光学元件——偏振器及波片 偏振器 能够检查偏振光，且由自然光产生偏振光的光学元件 三种效应：折射式偏振器（玻璃堆，布儒斯特角），二向色性偏振器（选择吸收某种偏振态的光），晶体偏振器（双折射效应） 参数：偏振度，通光口径，光谱范围，稳定度 波片 使互相垂直的两偏振光间产生附加相位差 参数：光谱范围（一般为单色光） * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 偏振态的控制 线偏光通过1/4波片?变为圆偏光或椭圆偏振光 线偏光通过半波片?仍为线偏光，但偏振方向旋转 偏振分光棱镜+1/4波片 物理光学元件——偏振器及波片 * 入射 出射 PBS ?波片 入射 出射 BS 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 第三节　新型光学元件 光纤 仪器中的功能：传输光束，产生点/线光源，传感器 微小光学元件 数字微镜阵列 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 新型光学元件——微镜阵列 DMD (Digital Micro-mirror Device)数字微镜装置 微光机电(MOEMS)器件 德州仪器（Texas Instruments） 50~130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上 每一镜片的尺寸为14 mm×14 mm（或16 mm×16 mm） 其下方设有类似铰链作用的转动装置，受数字驱动信号控制，镜片发生±10°倾斜，实现“开”和“关” 变换速率高达1000次/秒 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * * 微镜阵列的应用 DLP (Digital Light Processing)数字光处理投影系统 彩色图像 三原色图像 视觉暂留 滤光片实现三原色 DMD反射依次显示单色灰度图像 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　光学元件的误差分配与装配校正 光电仪器产品的一般要求 光学元件的定位精度和传动精度 光电仪器具有高的稳定性和适应性 安装光学元件的镜筒内部严格清洁 达到上述要求的途径：光学元件的误差分配和装配校正 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 第四节　光学元件的误差分配与装配校正 光学元件的误差分配 光学元件的误差类型：原理误差（光学设计阶段系统与理想成像系统的误差），工艺误差（加工和装配过程中尺寸、形状、位置偏离理想值） 工艺误差来源：加工，装配 典型误差：光学材料不均匀，透镜曲率半径误差，反射镜面形不平整，装卡导致平面镜微变形 方法参见仪器精度设计（误差分配）方法 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 第四节　光学元件的误差分配与装配校正 光学元件的装配校正 装配：将合格的光学元件和其他相关零件组合成完整的合格部件 主要工艺：装配，